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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Investigação de hemiceluloses catiônicas obtidas de cascas de amendoim como coagulante primário no tratamento físico-químico de efluente sintético de laticínio
Alternate title (s): Performance of cationic hemiceluloses arising from peanut shell in application as a primary coagulant in the physico-chemical treatment of synthetic dairy wastewater
Author: Pacheco, Ingrid da Silva
First Advisor: Amaral, Fábio Augusto do
Second Counselor: Canobre, Sheila Cristina
First member of the Committee: Bertolino, Sueli Moura
Second member of the Committee: Reis, Adriano Gonçalves dos
Third member of the Committee: Ribeiro, Elaine Angélica Mundim
Summary: Os coagulantes orgânicos naturais apresentam-se como uma alternativa ao uso de coagulantes inorgânicos derivados de sais metálicos de alumínio e ferro. Além disso, esses materiais têm vantagens quanto a possível segurança para a saúde humana e aos ecossistemas. Nesse sentido, o objetivo principal desta pesquisa foi investigar a síntese de hemiceluloses catiônicas (HC), extraídas da casca de amendoim e aplicadas como potencial coagulante orgânico. A aplicação das HC é como um agente coagulante primário no processo de tratabilidade (coagulação, floculação e sedimentação) de um efluente sintético de laticínio (ESL). A eficiência apresentada pelas HC é comparada com um coagulante comercial bem estabelecido na literatura e indústria, o Tanfloc SG (TSG) – um polímero composto por tanino catiônico adquirido da empresa TANAC Brasil S/A. O presente trabalho está dividido em duas fases, a síntese das HC e, posteriormente, sua aplicação como coagulante do ESL. Inicialmente, as hemiceluloses foram cationizadas por reação de eterificação em meio alcalino com cloreto de 2,3-epoxi-propil-trimetil-amônio (ETA). A caracterização foi realizada por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise elementar (AE) e grau de substituição (GS). As análises de FTIR também foram acompanhadas de um estudo teórico por química computacional. Na segunda fase, os materiais coagulantes foram aplicados em ensaios de Jar Test, variando pH de coagulação de 5 a 11 em dosagens de 100 a 900 ppm. Em seguida, diagramas de coagulação foram plotados pelo método de interpolação espacial do modelo de regressão de Kringing. A composição do lodo gerado também foi analisada utilizando energia dispersiva de raios X (EDS/MEV). A análise da morfologia dos flocos foi realizada por meio da aplicação do método não intrusivo de captura de imagem. As análises de FTIR, experimental e teórica, mostraram um aumento na intensidade da banda dos grupos metil (-CH3) em 1475 cm-1, sendo um forte indicador da cationização das hemiceluloses. A análise elementar mostrou 1,92% (±0,09) de nitrogênio na estrutura da HC e GS de 0,32 (±0,01), próximo aos dados da literatura. O ponto ótimo selecionado experimentalmente a partir dos diagramas ocorreu para hemicelulose catiônica neutra (HCN) e TSG a 400 ppm em pH de coagulação 9,00 e 7,38, respectivamente. A eficiência de remoção com HCN e TSG foi: 94,79 e 98,67% na turbidez; 56,72 e 65,21% para cor aparente; 79,76 e 97,22% de SST; 47,83 e 62,50% de DQO e 73,93 e 62,39% de DBO5,20, em sequência. No processo de floculação as partículas apresentaram uma baixa variação da dimensão fractal (Df) dos flocos de 1,319 (±0,02) e 1,871 (±0,001), para HCN e TSG, respectivamente. Durante o tempo de análise, ocorreu uma tendência de estabilização após 15 minutos de floculação. Verificou-se também a formação de flocos menores e menos densos para HCN com diâmetros de 0,023 a 0,254 mm, justificando a sedimentação mais lenta e flocos dispersos; já para o TSG, obteve-se uma variação de 0,032 a 5,718 mm. O planejamento estatístico de composto central, indicou pelo gráfico de Pareto, que o pH de coagulação contribui mais significativamente para o desempenho dos dois coagulantes no tratamento do ESL, dentre as variáveis independentes (pH de coagulação e dosagem). Consequentemente, as hemiceluloses catiônicas, extraídas e sintetizadas a partir de um resíduo agroindustrial da casca de amendoim, são uma alternativa promissora para aplicação como coagulante primário. Visto que, as HC proporcionaram eficiência na remoção dos parâmetros de tratamento investigados e indicou um lodo com composição predominantemente orgânica, que possui vantagens de biodegradabilidade e disposição final.
Abstract: Natural organic coagulants are presented as an alternative to the use of inorganic coagulants derived from aluminum and iron metal salts. Moreover, they have advantages in terms of possible safety for human health and ecosystems. In this direction, the main objective of this research was to investigate the synthesis of cationic hemicelluloses (CH), extracted from peanuts shells, and applied as an organic coagulant potential. Notice, the CH is a primary coagulant agent in the treatability process (coagulation, flocculation, and sedimentation) of a synthetic dairy effluent (SDE). The efficiency of CH was compared with a commercial coagulant well-established in the literature and industry, which is Tanfloc SG (TSG) - a polymer composed of cationic tannin purchased from the company TANAC Brasil S/A. The present work is divided into two phases, the synthesis of the CH and application in SDE. Initially, the hemicelluloses were cationized by etherification reaction in alkaline medium with 2,3-epoxy-propyl-trimethyl-ammonium chloride (ETA). Characterization was performed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), elemental analysis (AE), and degree of substitution (GS). The FTIR analyzes were also accompanied by a theoretical study by computational chemistry. In the second phase, the coagulant materials were applied by Jar Test, ranging from 5 to 11 coagulation pH and in dosages from 100 to 900 ppm. The assays generated coagulation diagrams, plotted by the spatial interpolation method of the Kringing regression model. The composition of the generated sludge was also analyzed using X-ray energy dispersive (EDS/SEM). The analysis of the floc morphology was performed by applying the non-intrusive method of image capture. Experimentally and theoretically FTIR analysis shows an increase in the intensity of the methyl groups band (-CH3) at 1475 cm-1, a serious indicator of cationization. The elemental analysis showed 1.92% (±0.09) of nitrogen in the structure of CH and GS of 0.32 (±0.01), close to the literature data. The optimal point selected experimentally from the coagulation diagrams, occurred for neutral cationic hemicellulose (NCH) and TSG at 400 ppm at coagulation pH 9.00 and 7.38, respectively. Removal efficiency with NCH and TSG was: 94.79 and 98.67% in turbidity; 56.72 and 65.21% for apparent color; 79.76 and 97.22% SST; 47.83 and 62.50% COD and 73.93 and 62.39% BOD5.20, in sequence. Previous information about the particles in the flocculation process showed a low variation of the fractal dimension (Df) of the flocs of 1.319 (±0.02) and 1.871 (±0.001), for NCH and TSG, respectively. During the analysis time, was occurs a stabilize tendency after 15 minutes of flocculation. It was also verified the formation of smaller and less dense flocs for NCH with diameters from 0.023 to 0.254 mm, justifying the slower sedimentation and dispersed flocs; while for TSG, it was obtained 0.032 to 5.718 mm. The statistical of the central composite design, indicated by the Pareto charts, that the coagulation pH contributes most significantly to the performance of both coagulants in SDE treatment, among the independent variables (coagulation pH and dosage). Consequently, the cationic hemicellulose, extracted and synthesized from an agro-industrial residue of peanut shells, are a promising alternative for application as primary coagulants. Forasmuch, as the NCH provided efficiency in the removal of the treatment investigated parameters and indicated a sludge with predominantly organic composition, which has advantages of biodegradability and final disposal.
Keywords: Hemiceluloses naturais
Tanfloc
Tratamento primário
Jar test
Tanino
natural hemicelluloses
Tanfloc
primary treatment
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS
CNPQ::ENGENHARIAS
Subject: Qualidade ambriental
Amendoim - Tratamento
Compostos orgânicos - Tratamento
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Qualidade Ambiental
Quote: PACHECO, Ingrid da Silva. Investigação de hemiceluloses catiônicas obtidas de cascas de amendoim como coagulante primário no tratamento físico-químico de efluente sintético de laticínio. 2021. 174 f. Dissertação (Mestrado em Qualidade Ambiental) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.5007.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.5007
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34030
Date of defense: 16-Sep-2021
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